[发明专利]一种用于对金属-陶瓷功能梯度材料进行电火花加工的加工电源及加工方法

说明书

一种用于对金属‑陶瓷功能梯度材料进行电火花加工的加工电源及加工方法；属于电火花加工技术领域。解决了现有电火花加工装置加工效率低，且只能以单一脉冲形式进行加工的问题。本发明通过加工主回路和控制回路的设计实现了对金属‑陶瓷功能梯度材料的高效加工；主回路包括高低电压选择电路和电容选择电路，为本发明加工装置的不同放电策略的制定提供较大的选择空间；采用CPLD脉冲控制模块作为加工装置脉冲的控制器，成本低、控制程序程序易于编写和维护，检测系统的柔性较大。本发明主要用于对多层的材料进行电火花加工。

技术领域

本发明属于电火花加工技术领域。

背景技术

近年来，金属-陶瓷功能梯度材料由于其独特的结构和性能优势，在航天、核能、生物等领域得到广泛应用。然而，金属-陶瓷功能梯度材料的加工一直是制造领域的一大难点。主要原因：金属陶瓷功能梯度材料成分复杂，主要包括金属成分、金属基复合材料成分和陶瓷成分，同时，该材料从金属成分到陶瓷成分硬度逐步增大。因此，磨削、车削等传统机械加工方法难以实现金属-陶瓷功能梯度材料的高效加工。

针对金属基复合材料和陶瓷材料加工硬度大的问题，国内外学者提出了很多解决方法，其中电火花加工为较常用的一种解决方案。电火花加工方法为特种加工方法的一种，相比传统机械加工方法，其最大的优势在于非接触加工。电火花加工材料是通过在工件和工具之间的连续火花放电达到蚀除材料的目的。电极和工具并未发生直接接触，因此，电火花加工不受材料的硬度的限制，非常适合金属基复合材料和陶瓷材料的加工。国内对上述材料的电火花加工做了很多研究，主要包括：哈尔滨工业大学在《Procedia CIRP》上的《Surface Properties of SiCp/Al Composite by Powder-Mixed EDM》；中国石油大学在《机械工程学报》上的《绝缘及弱导电工程陶瓷电火花铣磨复合加工技术及机理研究》。此外，公开号为CN102642057A的专利公开了一种PCD/CBN/硬质合金/刀具专用微型放电加工电源，解决现有电源体积庞大、耗电量大的问题。这些研究主要集中金属基复合材料或陶瓷材料的加工工艺、加工原理及电源体积等方面，在一定程度上从不同角度解决上述材料加工问题。

相比国内研究，国外主要从电极材料、不同比例的金属基复合材料和加工电源脉冲形状三个方面展开，主要包括：日本东京大学在《Journal of Materials ProcessingTechnology》上的《Effect of electrode material on electrical dischargemachining of alumina》；韩国仁济大学在《Materials and Manufacturing Processes》上的《Electrical discharge machining of functionally graded 15–35vol％SiCp/Alcomposites》；比利时鲁汶大学在《CIRP Annals》上的《Influence of the pulse shape onthe EDM performance of Si3N4-TiN ceramic composite》。通过电极材料、不同比例材料加工特性的研究和脉冲形状对陶瓷加工的影响的系统研究，的确提高了材料的加工效率，但是研究仍只局限在金属基复合材料或陶瓷材料，控制方法仍是非常简单的离线式。

以上的共性还在于：研究内容只局限在金属基复合材料或陶瓷材料，没有将两者结合起来考虑。由于金属基复合材料和陶瓷材料结构的不同，必然导致加工性能的不同，单纯研究其中之一必然无法满足金属-陶瓷功能梯度材料的加工要求。电源的研究只局限在离线参数设定，并没有实现实时状态检测和控制，对于单一材料尚可接受，但是对于金属-陶瓷功能梯度材料采用单一离线加工参数，无法满足金属-陶瓷功能材料高效加工的要求。

鉴于此，有针对性地开展了金属-陶瓷功能梯度材料电火花加工高效电源装置与方法的研究，不但可以提高金属-陶瓷功能梯度材料电火花加工的效率，而且对提升我国金属-陶瓷功能梯度材料的加工和应用水平意义重大。

发明内容